(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、
検出光を発光する発光手段と、
前記発光手段により発光された検出光を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系と、
入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡を備え、前記第１の光学系により出力された検出光が当該部分透過鏡にて反射又は透過して水面に向かうと共に水面で反射した検出光が当該部分透過鏡に向かうように構成された第２の光学系と、
水面で反射して前記第２の光学系の前記部分透過鏡にて透過又は反射した検出光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された検出光の情報を得て水面の反射率を演算する演算手段と、
を含み、前記第１の光学系は、
前記発光手段により発光された検出光を走査する走査光学系と、
所定の焦点を通って入射した光が反射して平行光になる凹面鏡を複数の平面鏡を配列して構成し、前記走査光学系により走査された検出光を当該凹面鏡で反射して平行光として照射する照射光学系と、
を含み、前記第１の光学系の前記走査光学系は、
回転軸を中心に回転可能に構成され、前記発光手段により発光された検出光が反射する複数の反射面を周面に有する回転多面鏡を備え、
前記回転多面鏡の前記複数の反射面が前記回転軸に対して所定の傾き角をもって傾斜し、当該複数の反射面のうち隣り合う反射面同士の当該所定の傾き角は互いに異なり、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面のうちの特定の反射面が検出光を反射してから次に検出光を反射するまでの周期よりも短い周期で当該所定の傾き角が回転方向に沿って増加と減少を繰り返すことを特徴とする油膜検出装置。
【請求項２】
前記走査光学系の前記回転多面鏡は、前記回転方向に沿う前記所定の傾き角の前記増加または前記減少が連続する前記反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の油膜検出装置。
【請求項３】
水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、
検出光を発光する発光手段と、
前記発光手段により発光された検出光を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系と、
入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡を備え、前記第１の光学系により出力された検出光が当該部分透過鏡にて反射又は透過して水面に向かうと共に水面で反射した検出光が当該部分透過鏡に向かうように構成された第２の光学系と、
水面で反射して前記第２の光学系の前記部分透過鏡にて透過又は反射した検出光を受光する受光手段と、
前記受光手段により受光された検出光の情報を得て水面の反射率を演算する演算手段と、
を含み、前記第１の光学系は、
前記発光手段により発光された検出光を走査する走査光学系と、
所定の焦点を通って入射した光が反射して平行光になる凹面鏡を複数の平面鏡を配列して構成し、前記走査光学系により走査された検出光を当該凹面鏡で反射して平行光として照射する照射光学系と、
を含み、前記第１の光学系の前記走査光学系は、
回転軸を中心に回転可能に構成され、前記発光手段により発光された検出光が反射する複数の反射面を周面に有する回転多面鏡を備え、
前記回転多面鏡の前記複数の反射面が前記回転軸に対して各々異なる傾き角をもって傾斜し、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面が検出光を反射して水面に走査する走査線の間隔がランダムに変化するように配置されていることを特徴とする油膜検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象面に検出光を反射させて反射率を検出する反射率検出装置に関するものであり、例えば浄水場や河川、湖沼等の水面の油膜を検出するのに用いられる反射率検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油膜による光の反射率が水面による光の反射率よりも高いことに着目し、水面に光を照射してその反射光の強度を測定することで反射率を求め、これによって水面での油膜の有無を検出するという油膜検出方法が知られている。この方法を用いた装置としては、例えば特許文献１〜６に記載された油膜検出装置が知られている。これらの油膜検出装置での課題は、一般的に、水面の状態（水位の変動や波立ち、浮遊物の有無等）に影響されることなく、広範囲にわたって面積の小さな油膜であっても検出できることである。
【０００３】
具体的に説明すると、固定されている光源からのレーザ光等の検出光の水面に対する照射角度が一定である場合には、水位の変動や波立ち等が生じると、光源と水面との間の距離や反射光の方向が変わる。そのために、水面からの反射光が十分に受光部に受光されず、油膜の検出が困難になる。そのための対策としては、受光部自体を大型化したり受光部に集光するためのミラーを大型化したりして水面からの反射光を受光する受光面積を増やすことが考えられる。しかしながら、そのような対策では、油膜検出装置全体の大型化が避けられず、広い設置面積が必要となること等によって好ましくない。このような対策に代わるものとして、従来から種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１及び特許文献２には、光源から水面に照射されるレーザ光の角度を機械的手段により一定周期で変化させる油膜検出装置が開示されている。更に、特許文献２では、水位変動に応じて検出手段（光源及び検出部）を上下に移動させ、光源と水面との距離を一定に保つ構造についても開示されている。
【０００５】
特許文献３には、光源からの光を凹レンズにより発散ビームとして水面に照射し、その反射光を回帰性のリフレクタにより反射させたときの水面からの再反射光を凹レンズを介して検出するようにした光学系を備えた油膜検出装置が開示されている。
特許文献４には、光源からのレーザ光を走査する回転ミラーとその周囲に配置された複数の反射ミラーとを備えた油膜検知器が開示されている。すなわち、これらの反射ミラーによりレーザ光を水面に対して複数方向から交差的に走査することにより、大口径の放物ミラー等を用いずに、あらゆる方向の波立ちや水面の角度に対して安定した受光を可能にするものである。
【０００６】
特許文献５には、複数の光源を環状に配置して水面にレーザ光を照射し、これらの反射光を受光することによって水面の波立ちや浮遊物の影響を低減する油膜検知器が開示されている。
特許文献６には、レーザ光の照射方向を可変とする振動式又は固定式ミラーを設け、これらのミラーを介した水面からの反射光を受光することにより、水面の波立ちや浮遊物の影響を低減する油膜検知器が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１５３８００号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９１４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４１４号公報
【特許文献４】特開平１０−９０１７７号公報
【特許文献５】特開平１０−２１３５４１号公報
【特許文献６】特開２００３−１４９１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献３〜６に開示された装置では、水位の変動に対しては、十分とはいえず、水位が大幅に変動した場合には、水面からの反射光が受光部から外れてしまうという問題があった。
【０００９】
また、特許文献１に開示された装置は、いわゆる「フロート式」と呼ばれるもので、検出器を水面に浮かせる浮遊方法を採用している。このような方式では、中位程度の波に対しては装置全体（フロート）の揺れが追従できず、また、設置場所の流れが速い場合には、係留ポイントに引っ張られて装置が傾いてしまうため、水面からの反射光が受光部から外れてしまうという問題があった。また、上述のような問題を回避するには装置全体（フロート）を大きく重くする必要があり、その場合には、メンテナンスのための引き上げにウインチが必要になるという問題があった。
【００１０】
さらに、特許文献２に開示された装置は、水位計と連動させて検出手段と水面との距離が一定になるように検出手段を昇降手段により上下に移動させる必要があるため、装置構成が複雑で、制御機構も複雑になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、簡易な構成により、水面の高さが上下に大きく変動する場合であっても対応可能な油膜検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明が適用される油膜検出装置は、水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、検出光を発光する発光手段と、前記発光手段により発光された検出光を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系と、入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡を備え、前記第１の光学系により出力された検出光が当該部分透過鏡にて反射又は透過して水面に向かうと共に水面で反射した検出光が当該部分透過鏡に向かうように構成された第２の光学系と、水面で反射して前記第２の光学系の前記部分透過鏡にて透過又は反射した検出光を受光する受光手段と、前記受光手段により受光された検出光の情報を得て水面の反射率を演算する演算手段と、を含み、前記第１の光学系は、前記発光手段により発光された検出光を走査する走査光学系と、所定の焦点を通って入射した光が反射して平行光になる凹面鏡を複数の平面鏡を配列して構成し、前記走査光学系により走査された検出光を当該凹面鏡で反射して平行光として照射する照射光学系と、を含み、前記第１の光学系の前記走査光学系は、回転軸を中心に回転可能に構成され、前記発光手段により発光された検出光が反射する複数の反射面を周面に有する回転多面鏡を備え、前記回転多面鏡の前記複数の反射面が前記回転軸に対して所定の傾き角をもって傾斜し、当該複数の反射面のうち隣り合う反射面同士の当該所定の傾き角は互いに異なり、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面のうちの特定の反射面が検出光を反射してから次に検出光を反射するまでの周期よりも短い周期で当該所定の傾き角が回転方向に沿って増加と減少を繰り返すことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、前記走査光学系の前記回転多面鏡は、前記回転方向に沿う前記所定の傾き角の前記増加または前記減少が連続する前記反射面を有することを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明が適用される油膜検出装置は、水面に検出光を反射させて油膜を検出する油膜検出装置であって、検出光を発光する発光手段と、前記発光手段により発光された検出光を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系と、入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡を備え、前記第１の光学系により出力された検出光が当該部分透過鏡にて反射又は透過して水面に向かうと共に水面で反射した検出光が当該部分透過鏡に向かうように構成された第２の光学系と、水面で反射して前記第２の光学系の前記部分透過鏡にて透過又は反射した検出光を受光する受光手段と、前記受光手段により受光された検出光の情報を得て水面の反射率を演算する演算手段と、を含み、前記第１の光学系は、前記発光手段により発光された検出光を走査する走査光学系と、所定の焦点を通って入射した光が反射して平行光になる凹面鏡を複数の平面鏡を配列して構成し、前記走査光学系により走査された検出光を当該凹面鏡で反射して平行光として照射する照射光学系と、を含み、前記第１の光学系の前記走査光学系は、回転軸を中心に回転可能に構成され、前記発光手段により発光された検出光が反射する複数の反射面を周面に有する回転多面鏡を備え、前記回転多面鏡の前記複数の反射面が前記回転軸に対して各々異なる傾き角をもって傾斜し、かつ、当該回転多面鏡が回転する場合に当該複数の反射面が検出光を反射して水面に走査する走査線の間隔がランダムに変化するように配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水面の高さが上下に大きく変動する場合であっても対応可能な油膜検出装置を簡易な構成により実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る反射率検出装置を適用する油膜検出装置Ｅ１の構成例を示すブロック図である。
同図に示す油膜検出装置Ｅ１は、液面に油膜が存在するときの光の反射率と存在しないときの光の反射率とが違うという性質を利用して、検出対象面である水面Ｗに油膜があるか否かを検出する装置である。この水面Ｗとしては、例えば浄水場や河川、湖沼等の水面を指すものであり、水面Ｗの位置が高くなったり低くなったり、また、水面Ｗが波立ったりするものである。
【００１９】
この油膜検出装置Ｅ１は、レーザ光Ｌ１を発光する発光手段の一例としてのレーザ光源１００と、レーザ光源１００により発光されたレーザ光Ｌ１を、所定の照射範囲を有する平行光として出力する第１の光学系の一例としての照射部２００と、を備えている。更に説明すると、照射部２００は、レーザ光Ｌ１を走査することにより所定の照射範囲を照射するレーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ２の光路上流側での照射範囲（ビーム群の横断面積）と光路下流側での照射範囲（ビーム群の横断面積）との大きさの差が無い乃至ほとんど無いいわゆる平行光である。
なお、本明細書で平行光というときには、１本のレーザ光を走査することによりビーム群に構成された光の照射範囲（横断面積）が光路上の位置によって実質的に変わりがないレーザ光をいうものとする。
【００２０】
また、油膜検出装置Ｅ１は、水面Ｗに照射するレーザ光Ｌ３の光軸と水面Ｗで反射したレーザ光Ｌ４の光軸とが同軸となるようにレーザ光Ｌ３，Ｌ４を導く第２の光学系の一例としての同軸落射部３００と、同軸落射部３００からのレーザ光Ｌ５を受光する受光手段の一例としての受光部４００と、を備えている。この同軸落射部３００は、入射した光の一部を反射して残りを透過させる部分透過鏡の一例としてのハーフミラー３１０を有する。このハーフミラー３１０は、反射光と透過光の強さがほぼ等しくなるように形成されている板状部材である。
更に説明すると、同軸落射部３００は、照射部２００からのレーザ光Ｌ２をハーフミラー３１０に反射させ、その反射光であるレーザ光Ｌ３を水面Ｗに全反射するように導き、かつ、水面Ｗで全反射したレーザ光Ｌ４をハーフミラー３１０に透過させ、その透過光であるレーザ光Ｌ５を受光部４００に受光されるように導く。レーザ光Ｌ４は、レーザ光Ｌ３の入射角に等しい角度で水面Ｗから反射していく。すなわち、レーザ光Ｌ３の入射角とレーザ光Ｌ４の反射角とは互いに等しい。
【００２１】
このように、照射部２００は、水面Ｗの油膜検知に用いる検出光を、所定の範囲を照射する平行光として出力するように構成されている。そして、同軸落射部３００は、検出光をハーフミラー３１０を介して水面Ｗに全反射させ、その全反射した検出光をハーフミラー３１０を介して受光部４００に向かわせるように構成されている。
このため、検出光を広い範囲に照射することが可能であり、水面Ｗの高さが変動して油膜検出装置Ｅ１に対する距離が変わっても、受光部４００による油膜検出に必要な検出光の受光に影響を受けず、また、水面Ｗが波立ったりしても、同様に、油膜検出に必要な検出光の受光に影響を受けない。
【００２２】
また、油膜検出装置Ｅ１は、受光部４００が受光したレーザ光Ｌ５を所定の信号に変換することでレーザ光Ｌ５の強度情報を得て水面Ｗの反射率を演算する演算手段の一例としての演算部５００と、演算部５００による演算結果を基に、水面Ｗに油膜が存在するか否かを判断する判断手段の一例としての判断部６００と、判断部６００により水面Ｗに油膜が存在するとの判断がされるとユーザに通知する通知手段の一例としての通知部７００と、を備えている。
【００２３】
ここで、レーザ光源１００としては、図示しないレーザダイオードと、レーザダイオードに所定の電圧が印加されるように制御する図示しない駆動回路と、で構成する例が考えられる。
また、照射部２００の構成例については後述する。
【００２４】
また、同軸落射部３００の構成については上述したとおりである。
また、受光部４００としては、レーザ光Ｌ５を集光するための図示しない集光レンズと、集光した光の強度に応じた電気信号に変換する図示しないフォトダイオードと、で構成する例が考えられる。
【００２５】
また、演算部５００及び判断部６００としては、予め定められた動作制御プログラム（ファームウェア）に従ってデジタル演算処理を実行する図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)と、ＣＰＵの作業用メモリ等として用いられる図示しないＲＡＭ(Random Access Memory)と、ＣＰＵにより実行される処理プログラムや処理プログラムにて用いられる各種のデータが格納される図示しないＲＯＭ(Read Only Memory)と、で構成する例が考えられる。
また、通知部７００としては、ユーザに対して視覚的に通知する図示しない表示画面で構成する例が考えられ、また、汎用の通信手段にて遠隔のユーザに通知するための通信インターフェースで構成する例が考えられる。
【００２６】
図２は、本実施の形態に係る反射率検出装置を適用する別の油膜検出装置Ｅ２の構成例を示すブロック図である。なお、油膜検出装置Ｅ２の基本的な構成は、上述した油膜検出装置Ｅ１（図１参照）と共通するため、同じ構成には同じ符号を用い、また、その説明を省略することがある。
同図に示す油膜検出装置Ｅ２は、レーザ光源１００、照射部２００、同軸落射部３００、受光部４００、演算部５００、判断部６００及び通知部７００を備えている。同軸落射部３００は、ハーフミラー３１０を有する。このような油膜検出装置Ｅ２の構成は、油膜検出装置Ｅ１と共通する。
【００２７】
ここで、油膜検出装置Ｅ２が油膜検出装置Ｅ１と相違する構成について具体的に説明する。油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００は、ハーフミラー３１０を透過して水面Ｗに検出光を照射すると共にハーフミラー３１０で反射して受光部４００に検出光を入射する点で、ハーフミラー３１０で反射して水面Ｗに検出光を照射すると共にハーフミラー３１０を透過して受光部４００に検出光を入射する油膜検出装置Ｅ１が備える同軸落射部３００と異なる。
【００２８】
すなわち、油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００では、水面Ｗを照射するレーザ光Ｌ３はハーフミラー３１０を透過したものであり、受光部４００に受光されるレーザ光Ｌ５はハーフミラー３１０で反射したものである。言い換えると、油膜検出装置Ｅ２が備える同軸落射部３００では、照射部２００からのレーザ光Ｌ２をハーフミラー３１０に透過させ、その透過光であるレーザ光Ｌ３を水面Ｗに全反射するように導き、かつ、水面Ｗで全反射したレーザ光Ｌ４をハーフミラー３１０に反射させ、その反射光であるレーザ光Ｌ５を受光部４００に受光されるように導く。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
図３は、第１の実施の形態に係る照射部２００の構成例を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る照射部２００は、油膜検出装置Ｅ１に適用することが可能であり、また、油膜検出装置Ｅ２に適用することも可能である。
同図に示すように、本実施の形態の照射部２００は、レーザ光源１００により発光されたレーザ光Ｌ１を二次元に走査する走査光学系の一例としての走査部８００と、走査部８００により二次元に走査されて成るレーザ光（ビーム群）Ｌ８の向きを変えて平行光にしてレーザ光Ｌ２を出力する照射光学系の一例としての平行光出力部９００と、を備えている。
【００３０】
更に説明すると、レーザ光Ｌ１は、走査部８００により二次元に走査されることで、連続的に振られるように順次光路が変えられる。このように光路が変えられてなるレーザ光Ｌ８は、１本のレーザ光Ｌ１のビーム径よりも広い領域を通過していく。
また、レーザ光Ｌ８は、走査部８００によって角度を付けて走査される。すなわち、レーザ光Ｌ８は、走査部８００によって拡散する方向に向くように光路が変えられる。このため、レーザ光Ｌ８が通過する領域の面積は、光路下流（図３における左の方向）に行くに従って大きくなる。
【００３１】
拡散しながら進むレーザ光Ｌ８は、通過する領域の面積が光路下流に行っても増加ないし減少しないように、平行光出力部９００によって更に光路が変えられる。このように平行光出力部９００によって光路が変えられて平行に進むレーザ光Ｌ２は、上述した同軸落射部３００（図１又は図２参照）に導かれる。
【００３２】
次に、走査部８００及び平行光出力部９００の構成例について説明する。
図４は、走査部８００の構成例を示す図である。すなわち、同図の（ａ）は、走査部８００の構成を説明する図であり、（ｂ）は、走査部８００により走査されたレーザ光Ｌ８のパターンＰを説明する図である。
同図の（ａ）に示す走査部８００は、いわゆる回転傾きミラーを採用した構成であり、複数の回転ミラーを組み合わせて、レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１を走査している。具体的に説明すると、同図に示す走査部８００は、駆動源（第１の駆動源）１１Ａの回転軸１２Ａに取り付けられた平面状の円盤ミラー（第１の反射鏡）１３Ａと、駆動源（第２の駆動源）１１Ｂの回転軸１２Ｂに取り付けられた平面状の円盤ミラー（第２の反射鏡）１３Ｂと、駆動源１１Ａ，１１Ｂの駆動を制御する制御部１４と、を備えている。
【００３３】
円盤ミラー１３Ａは、回転軸１２Ａに対して傾斜して取り付けられている。また、円盤ミラー１３Ｂは、回転軸１２Ｂに対して傾斜して取り付けられている。円盤ミラー１３Ａが回転軸１２Ａに対して傾斜する傾斜角度はθ１Ａであり、また、円盤ミラー１３Ｂが回転軸１２Ｂに対して傾斜する傾斜角度はθ１Ｂである。
【００３４】
レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１が円盤ミラー１３Ａに入射するように、円盤ミラー１３Ａをレーザ光源１００に対して配置している。また、円盤ミラー１３Ａで反射したレーザ光Ｌ１が円盤ミラー１３Ｂに入射するように、円盤ミラー１３Ｂを円盤ミラー１３Ａに対して配置している。このため、レーザ光Ｌ１は、円盤ミラー１３Ａで反射した後に円盤ミラー１３Ｂで反射する。なお、円盤ミラー１３Ｂで反射したレーザ光Ｌ８は、平行光出力部９００に向かう。
【００３５】
円盤ミラー１３Ａは、駆動源１１Ａによって単位時間当たり回転数ｎ１Ａで回転し、また、円盤ミラー１３Ｂは、駆動源１１Ｂによって単位時間当たり回転数ｎ１Ｂで回転する。円盤ミラー１３Ａの回転方向と円盤ミラー１３Ｂの回転方向とは互いに同じである。このため、走査部８００によりレーザ光Ｌ１が走査されることで描くレーザ光Ｌ８の形状は、図４の（ｂ）に示すように、複数の円形状が含まれるパターンＰである。
【００３６】
ここで、円盤ミラー１３Ａの回転数ｎ１Ａと円盤ミラー１３Ｂの回転数ｎ１Ｂとの関係について説明する。制御部１４は、円盤ミラー１３Ａの回転数ｎ１Ａと円盤ミラー１３Ｂの回転数ｎ１Ｂを制御する。すなわち、制御部１４は、回転数ｎ１Ａと回転数ｎ１Ｂとの回転比Ｎを、ユーザの指示を基に制御する。
回転数ｎ１Ａと回転数ｎ１Ｂとの回転比Ｎは、様々な値を採用することが考えられる。更に説明すると、回転比Ｎが正の整数（１以上の整数）のときには、図４の（ｂ）に示すパターンＰが変化しない。その一方で、回転比Ｎが正の整数以外の数のときには、同図の（ｂ）に示すパターンＰは、中心位置ＰＣを中心に回転する。このようにパターンＰを回転させることで、検出対象面である水面Ｗ（図１又は図２参照）にレーザ光Ｌ３をまんべんなく照射することが可能になる。
【００３７】
なお、同図の（ｂ）に示すパターンＰは、その一例を図示したものであり、これ以外のパターンＰの場合もある。すなわち、円盤ミラー１３Ａの傾斜角度θ１Ａ及び回転数ｎ１Ａと円盤ミラー１３Ｂの傾斜角度θ１Ｂ及び回転数ｎ１ＢによってパターンＰが変わる。例えば、傾斜角度θ１Ａ，θ１Ｂが小さいと円が小さくなり、傾斜角度θ１Ａ，θ１Ｂが大きいと円が大きくなる。
【００３８】
図５は、平行光出力部９００の構成例を示す図である。
同図に示す平行光出力部９００は、いわゆるオフセットパラボラを採用した構成であり、走査部８００からのレーザ光Ｌ８を放物面鏡を用いて平行光に変換している。具体的に説明すると、同図に示す平行光出力部９００は、放物曲面２１の内面２１ａに小さい平面鏡２２を多数並べた凹面鏡の一例としての反射鏡２０を備えている。
【００３９】
この反射鏡２０は、一般的な放物曲面の一部のみを用いた楕円形状であり、焦点ｆを有する。この焦点ｆに、走査部８００により走査されるレーザ光Ｌ８の走査中心が位置するようにレイアウトされている。更に説明すると、焦点ｆは、オフセットされた位置に存在する。すなわち、焦点ｆは、レーザ光Ｌ２の光路以外の位置に存在している。したがって、焦点ｆに位置する走査部８００により、レーザ光Ｌ２が遮られることがなく、幅広い範囲について油膜検出することが可能になる。
【００４０】
ビーム群としてのレーザ光Ｌ８は、次第に拡がっており、光路下流側での照射範囲が光路上流側での照射範囲よりも大きい。ところが、反射鏡２０の平面鏡２２で反射すると、レーザ光Ｌ２は、光路上流側での照射範囲と光路下流側での照射範囲との大きさの差がない。このように、反射鏡２０は、レーザ光Ｌ２を拡散させないように、走査部８００からのレーザ光Ｌ８の向きを平行にするように作用する。
【００４１】
また、上述したように、反射鏡２０には、複数の平面鏡２２が配列されている。このため、レーザ光Ｌ８を構成するレーザビームの各々は、反射鏡２２により反射したときにビーム径は変わらない。更に説明すると、レーザ光Ｌ８を構成するレーザビームの各々を、放物曲面２１の内面２１ａで反射させると、ビーム径が拡がってしまう。ビーム径が変わるレーザ光を検出光として用いると、水面Ｗ（図１又は図２参照）の位置が変わることによって受光部４００の受光に影響が及んでしまう。ところが、本実施の形態では、レーザ光Ｌ８を平面鏡２２で反射させるので、ビーム径が拡がらず、レーザ光Ｌ２のビーム径は変わらないので、そのような影響が及ばない。
【００４２】
図６は、平行光出力部９００の他の構成例を示す図である。
同図に示す平行光出力部９００は、焦点ｆがオフセットしていない構成である点で、図５に示す構成と異なる。焦点ｆがオフセットしていない場合には、上述したように、走査部８００により、レーザ光Ｌ２が遮られることから、油膜検出ができる範囲は、いわゆるドーナツ型になる。しかしながら、このような構成であっても、所定の範囲についての油膜検出することが可能である。また、このような構成は、装置の小型化のために焦点ｆをオフセットの位置に配置できない場合に採用することが考えられる。
【００４３】
〔第２の実施の形態〕
図７は、第２の実施の形態に係る走査部８００の構成例を示す図である。図８は、ポリゴンミラー３１の傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面３１ａ〜３１ｆを含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光Ｌ８を説明する図である。
図７に示す走査部８００は、いわゆる傾きポリゴンミラーを採用した構成であり、レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１を走査している。具体的に説明すると、同図に示す走査部８００は、６面の反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆを有する回転多面鏡の一例としてのポリゴンミラー３１を備えている。このポリゴンミラー３１は、回転軸３２を中心にして回転するように構成されている。付言すると、走査部８００は、ポリゴンミラー３１を回転駆動する図示しないポリゴンモータと、ポリゴンモータの駆動を制御する図示しない制御部と、を備えている。
【００４４】
ポリゴンミラー３１の反射面３１ａ〜３１ｆは、回転軸３２に対して傾斜して形成されている。すなわち、反射面３１ａ〜３１ｆは、回転軸３２に対する傾き角が互いに異なる。そして、レーザ光Ｌ１は、反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆの順に入射する。このため、レーザ光Ｌ１は、一方向に回転駆動されるポリゴンミラー３１の反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆに入射し、その反射光が、図８の（ａ）〜（ｆ）に示すように、レーザ光Ｌ８ａ，Ｌ８ｂ，Ｌ８ｃ，Ｌ８ｄ，Ｌ８ｅ，Ｌ８ｆとなる。
【００４５】
ここで、図８の（ａ）〜（ｆ）に示すように、反射面３１ａは傾き角θ３ａであり、反射面３１ｂは傾き角θ３ｂである。反射面３１ｃは傾き角が０度（θ３ｃ＝０）であり、反射面３１ｄは傾き角θ３ｄであり、反射面３１ｅは傾き角θ３ｅであり、反射面３１ｆは傾き角θ３ｆである。
更に説明すると、各々の傾き角は、θ３ａ＜θ３ｂ＜０（θ３ｃ）＜θ３ｄ＜θ３ｅ＜θ３ｆの関係である。反射面３１ａ〜３１ｆのうち隣り合うもの同士は、傾き角が互いに異なる。このように、反射面３１ａ〜３１ｆは、傾き角が互いに異なっており、また、反射面３１ａ〜３１ｆの走査する順番に傾き角が大きくなっていくようにポリゴンミラー３１が形成されている。このため、同図の（ｇ）に示すように、ポリゴンミラー３１の走査によって、上からレーザ光Ｌ８ａ〜Ｌ８ｆの順になったレーザ光Ｌ８が平行光出力部９００に導かれる。なお、平行光出力部９００としては、第１の実施の形態に示す構成を採用することができる。
【００４６】
図９は、ポリゴンミラー３１の変形例の場合の傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面３１ａ〜３１ｆを含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光Ｌ８を説明する図である。
同図に示すように、反射面３１ａは傾き角が０度（θ４ａ＝０）であり、反射面３１ｂは傾き角θ４ｂである。反射面３１ｃは傾き角θ４ｃであり、反射面３１ｄは傾き角θ４ｄであり、反射面３１ｅは傾き角θ４ｅであり、反射面３１ｆは傾き角θ４ｆである。そして、各々の傾き角は、θ４ｅ＜θ４ｄ＜０（θ４ａ）＜θ４ｂ＜θ４ｃ＜θ４ｆの関係である。このように、変形例では、傾き角の大きい順に反射面３１ａ〜３１ｆが走査するものではない。反射面３１ａ〜３１ｆの走査する順番では、傾き角が順に変わるものではなく、アトランダムに変わる。言い換えると、反射面３１ａ〜３１ｆの傾き角θ４ａ〜θ４ｆは、ポリゴンミラー３１の回転方向に沿って増加と減少を繰り返す。このため、図９の（ｇ）に示すように、ポリゴンミラー３１の走査によって平行光出力部９００に向かうレーザ光Ｌ８ａ〜Ｌ８ｆの順番に、上から配列されるものではなく、バラバラである。したがって、この変形例によれば、ポリゴンミラー３１の回転速度を高めなくても水面Ｗ（図１又は図２参照）での油膜の検出確率を向上させることが可能になる。
【００４７】
〔第３の実施の形態〕
図１０は、第３の実施の形態に係る照射部２００の構成例を示す図である。
同図に示すように、本実施の形態の照射部２００は、いわゆるドーナツ型スキャナを採用した構成であり、レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１を走査することにより所定の範囲を照射するレーザ光Ｌ２を出力する。具体的に説明すると、同図に示す照射部２００は、駆動源５１Ａの駆動により回転軸５２Ａを中心に回転するように配設された平面状の回転ミラー（第１の回転鏡）５３Ａ及び回転ミラー（鏡）５４Ａと、駆動源５１Ｂの駆動により回転軸５２Ｂを中心に回転するように配設された平面状の回転ミラー（第２の回転鏡）５３Ｂ及び回転ミラー５４Ｂと、を備えている。また、同図に示す照射部２００は、駆動源５１Ａ，５１Ｂの駆動を制御する制御部５５と、レーザ光源１００からのレーザ光Ｌ１が入射される固定ミラー（固定鏡）５６と、を備えている。レーザ光Ｌ１は、固定ミラー５６で反射した後に、回転ミラー５３Ａ、回転ミラー５４Ａ、回転ミラー５３Ｂ及び回転ミラー５４Ｂの順で反射してレーザ光Ｌ２として出力される。
【００４８】
固定ミラー５６と回転ミラー５３Ａとの位置関係を説明すると、固定ミラー５６は、レーザ光Ｌ１を反射して回転ミラー５３Ａに入射するように配置されている。すなわち、固定ミラー５６から回転ミラー５３Ａに入射するレーザ光Ｌ１が回転軸５２Ａと同軸になるように、固定ミラー５６と回転ミラー５３Ａとが配設されている。
【００４９】
回転ミラー５３Ａ，５４Ａについて更に説明する。回転ミラー５３Ａは回転軸５２Ａに取り付けられている。回転ミラー５４Ａは、回転ミラー５３Ａと離間した状態で回転軸５２Ａに取り付けられている。このため、回転軸５２Ａが駆動源５１Ａにより回転する場合には、回転ミラー５３Ａ，５４Ａは互いに同じ回転数で回転し、相対的位置関係が変わらず、いわゆる連れ回る。そして、回転ミラー５３Ａと回転ミラー５４Ａは、回転ミラー５３Ａの反射面と回転ミラー５４Ａの反射面とが互いに対面するように配置されている。回転ミラー５３Ａに入射して反射した光は、回転ミラー５４Ａに入射して反射する。
【００５０】
また、回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂについて更に説明すると、回転ミラー５３Ｂは回転軸５２Ｂに取り付けられ、回転ミラー５４Ｂは、回転ミラー５３Ｂと離間した状態で回転軸５２Ｂに取り付けられている。回転軸５２Ｂが駆動源５１Ｂにより回転すると、回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂは互いに同じ回転数で回転し、相対的位置関係が変わらない。回転ミラー５３Ｂと回転ミラー５４Ｂは、回転ミラー５３Ｂの反射面と回転ミラー５４Ｂの反射面とが互いに対面するように配置され、回転ミラー５３Ｂに入射して反射した光は、回転ミラー５４Ｂに入射して反射する。
そして、回転ミラー５４Ｂで反射した反射光Ｌ２が回転軸５２Ｂの軸方向と平行になるように、回転ミラー５４Ｂが位置決めされている。
【００５１】
回転ミラー５４Ａと回転ミラー５３Ｂとの位置関係について説明すると、回転ミラー５４Ａで反射した反射光が回転ミラー５３Ｂの反射面に入射するように、回転ミラー５４Ａ及び回転ミラー５３Ｂが配設されている。
回転ミラー５３Ａと回転ミラー５３Ｂとの位置関係について説明すると、回転ミラー５３Ｂは、回転軸５２Ａ，５２Ｂに関して回転ミラー５３Ａと離間して配設されている。また、回転ミラー５３Ａの反射面と回転ミラー５３Ｂの反射面とは、互いに対向して配設されている。
【００５２】
ここで、制御部５５により制御される回転ミラー５３Ａ，５４Ａ，５３Ｂ，５４Ｂの回転について説明する。制御部５５は、回転ミラー５３Ａ，５４Ａの単位時間当たりの回転数と回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂの単位時間当たりの回転数とが互いに異なるように、駆動源５１Ａ，５１Ｂの制御を行う。すなわち、回転ミラー５３Ａ，５４Ａと回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとは、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て同じ位置関係で回転するのではなく、両者の間の位置関係が変わるように回転する。
【００５３】
また、制御部５５が、回転ミラー５３Ａ，５４Ａと回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂの回転方向も互いに同じ方向となるように制御する場合の他に、互いに逆の方向となるように制御する場合も考えられる。そのように逆の方向となるように制御したときには、水面Ｗの油膜の検出確率を向上させることが可能になる。
【００５４】
図１１は、第３の実施の形態に係る照射部２００によるレーザ光Ｌ２を説明するための図であり、（ａ）は、回転ミラー５３Ａ，５４Ａと回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとが回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て同じ位置である場合を図示したものであり、（ｂ）は、両者の間の位置が最も離れている場合を図示したものである。図１２は、照射部２００から出力されるレーザ光Ｌ２を説明するための図であり、（ａ）はレーザ光Ｌ２の斜視図であり、（ｂ）はレーザ光Ｌ２の照射範囲を説明する平面図である。
図１１の（ａ）に示すように、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て同じ位置にある回転ミラー５３Ａ，５４Ａと回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとによって、レーザ光Ｌ２ａが照射部２００から出力される。また、同図の（ｂ）に示すように、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て互いに反対の位置にある回転ミラー５３Ａ，５４Ａと回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとによって、レーザ光Ｌ２ｂが照射部２００から出力される。
【００５５】
更に説明すると、図１２の（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ２ａは、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て、回転軸５２Ａ，５２Ｂから距離Ｒ５ａ離れており、レーザ光Ｌ２ｂは、回転軸５２Ａ，５２Ｂから距離Ｒ５ｂ離れている。距離Ｒ５ａは、距離Ｒ５ｂよりも大きい（Ｒ５ａ＞Ｒ５ｂ）。そして、上述したように、回転ミラー５３Ａ，５４Ａの単位時間当たりの回転数と回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂの単位時間当たりの回転数とが互いに異なるため、レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ２ａの位置とレーザ光Ｌ２ｂの位置との間を移動することになり、また、回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂが回転軸５２Ａ，５２Ｂを中心に回転しているため、レーザ光Ｌ２は、回転軸５２Ａ，５２Ｂの周りを移動する。したがって、レーザ光Ｌ２により照射される範囲（照射範囲）は、同図の（ｂ）に示す斜線部分であり、回転軸５２Ａ，５２Ｂの位置を中心とするいわゆるドーナツ形状になる。
【００５６】
このように、本実施の形態では、固定ミラー５６と一対の回転ミラー５３Ａ，５４Ａと一対の回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとを備え、一対の回転ミラー５３Ａ，５４Ａの回転中心と一対の回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂの回転中心とを一致させるように構成することで、固定ミラー５６で反射したレーザ光Ｌ１は、回転ミラー５３Ａ，５４Ａ，５３Ｂ，５４Ｂの順で反射して、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向と平行なレーザ光Ｌ２が出力される。
【００５７】
言い換えると、本実施の形態では、回転軸５２Ａに対して傾斜すると共に回転軸５２Ａを中心に回転する回転ミラー５３Ａに、回転軸５２Ａと略同軸となるようにレーザ光Ｌ１を入射する。そして、回転ミラー５３Ａにて回転軸５２Ａから離れていく方向に反射した反射光を、回転ミラー５３Ａに対向する第１の鏡としての回転ミラー５４Ａに入射する。その後、回転ミラー５４Ａにて回転軸５２Ａの軸方向と略平行に反射した反射光を、回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向に関して回転ミラー５３Ａと離間すると共に回転軸５２Ｂに対して傾斜して回転軸５２Ｂを中心に回転する回転ミラー５３Ｂに入射する。更に、回転ミラー５３Ｂにて反射した反射光を、回転ミラー５３Ｂに対向する第２の鏡としての回転ミラー５４Ｂに入射して回転軸５２Ｂの軸方向に反射させることで、レーザ光Ｌ２を出力している。
【００５８】
ここで、図１３は、第３の実施の形態に係る照射部２００の一変形例を説明する図であり、（ａ）は、回転ミラー５３Ａ，５４Ａによって反射されたレーザ光Ｌ２が回転軸５２Ａ，５２Ｂの軸方向から見て最も離れている場合を図示したものであり、（ｂ）は、最も近づいている場合を図示したものである。
同図は、図１１に対応する図であり、両図を対比することで、変形例の構成がより一層明らかになる。すなわち、図１０及び図１１に示す第３の実施の形態では、一対の回転ミラー５３Ａ，５４Ａは、いわゆるハの字となるように配置されており、また、一対の回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂは、互いに平行となるように配置されている。
【００５９】
これに対し、図１３に示す変形例では、一対の回転ミラー５３Ａ，５４Ａ及び一対の回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂが、いずれもハの字となるように配置されている。更に説明すると、一対の回転ミラー５３Ａ，５４Ａと一対の回転ミラー５３Ｂ，５４Ｂとは、互いに反対の方向（ハの字の向きが天地逆）に向くように配置されている。付言すると、レーザ光Ｌ１は、固定ミラー５６で反射した後に、回転ミラー５３Ａ、回転ミラー５４Ａ、回転ミラー５３Ｂ及び回転ミラー５４Ｂの順で反射してレーザ光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとして出力される。
【００６０】
また、照射部２００の他の変形例としては、回転ミラー５４Ａの代わりに、円周方向に延びるリングの内面に反射面を有する図示しない環状ミラーを設け、また、回転ミラー５４Ｂの代わりに、同様の図示しない環状ミラーを設けることも考えられる。
このような変形例の場合には、図示しない環状ミラーは回転させる必要はない。回転ミラー５３Ａで反射したレーザ光Ｌ１は、回転ミラー５４Ａの代わりの図示しない環状ミラーの反射面で反射し、また、回転ミラー５３Ｂで反射したレーザ光Ｌ１は、回転ミラー５４Ｂの代わりの図示しない環状ミラーの反射面で反射し、レーザ光Ｌ２になる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態に係る反射率検出装置を適用する油膜検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る反射率検出装置を適用する別の油膜検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る照射部の構成例を示すブロック図である。
【図４】走査部の構成例を示す図であり、（ａ）は、走査部の構成を説明する図であり、（ｂ）は、走査部により走査されたレーザ光のパターンを説明する図である。
【図５】平行光出力部の構成例を示す図である。
【図６】平行光出力部の他の構成例を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る走査部の構成例を示す図である。
【図８】ポリゴンミラーの傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面を含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光を説明する図である。
【図９】ポリゴンミラーの変形例の場合の傾き角を説明する図であり、（ａ）〜（ｆ）は、反射面を含む縦断面図であり、（ｇ）は、レーザ光を説明する図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る照射部の構成例を示す図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る照射部によるレーザ光を説明するための図であり、（ａ）は、回転ミラーと回転ミラーとが回転軸の軸方向から見て同じ位置である場合を図示したものであり、（ｂ）は、両者の間の位置が最も離れている場合を図示したものである。
【図１２】照射部から出力されるレーザ光を説明するための図であり、（ａ）はレーザ光の斜視図であり、（ｂ）はレーザ光の照射範囲を説明する平面図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る照射部の一変形例を説明する図であり、（ａ）は、レーザ光が回転軸の軸方向から見て最も離れている場合を図示したものであり、（ｂ）は、最も近づいている場合を図示したものである。
【符号の説明】
【００６２】
１１Ａ，１１Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ…駆動源、１２Ａ，１２Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ…回転軸、１３Ａ，１３Ｂ…円盤ミラー、１４，５５…制御部、２０…反射鏡、２１…放物曲面、２１ａ…内面、２２…平面鏡、５３Ａ，５３Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ…回転ミラー、５６…固定ミラー、１００…レーザ光源、２００…照射部、３００…同軸落射部、３１０…ハーフミラー、４００…受光部、５００…演算部、６００…判断部、７００…通知部、８００…走査部、９００…平行光出力部、Ｅ１，Ｅ２…油膜検出装置、ｆ…焦点、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ８，Ｌ８ａ，Ｌ８ｂ，Ｌ８ｃ，Ｌ８ｄ，Ｌ８ｅ，Ｌ８ｆ…レーザ光、Ｐ…パターン、ＰＣ…中心位置、Ｒ５ａ，Ｒ５ｂ…距離、Ｗ…水面、θ１Ａ，θ１Ｂ…傾斜角度、θ３ａ，θ３ｂ，θ３ｃ，θ３ｄ，θ３ｅ，θ３ｆ，θ４ａ，θ４ｂ，θ４ｃ，θ４ｄ，θ４ｅ，θ４ｆ…傾き角
【図１】
0005298602.tif 000002
【図２】
0005298602.tif 000003
【図３】
0005298602.tif 000004
【図４】
0005298602.tif 000005
【図５】
0005298602.tif 000006
【図６】
0005298602.tif 000007
【図７】
0005298602.tif 000008
【図８】
0005298602.tif 000009
【図９】
0005298602.tif 000010
【図１０】
0005298602.tif 000011
【図１１】
0005298602.tif 000012
【図１２】
0005298602.tif 000013
【図１３】
0005298602.tif 000014